南工大系统结构试题库

1、一、 选择题 对系统程序员不透明的应当。ACacheB 系列机各档不同的数据通路宽度C 指令缓冲器D 虚拟存储器 计算机系统结构不包括。A 主存速度B 机器工作状态C 信息保护D 数据表示 属于计算机系统考虑的。A 主存采MOS还TTLB 主存采用多体交叉还是单体结构C 主存的编址方式D 主存频宽的确定 从计算机系统结构上来看，机器语言程序员所看到机器属性。A 计算机软件所要完成的功能B 计算机硬件所要完成的功能C 编程要用到的硬件组织D 计算机各部件的硬件实现 系列机软件应做。A 向后兼容，力争向上兼容性B向前兼容，力争向上兼容性C 向后兼容，力争向下兼容性D向前兼容，力争向下兼容性 利用时

2、间重叠概念实现并行处理的。A 多处理机B 相联处理机C 并行（阵列）处理机动性D 流水处理机 计算机中优化使用的操作码编码方法。A 霍夫曼编码BASCII 编码C 扩展操作码D码 程序员编程时使用的地址。A 物理地址B 主存地址C 有效地址D 逻辑地址 块冲突率最高cache地址映象方式是。A 组相联B 直接相联C 段面相联D 全相联 影响流水线最大吞吐率。A 各个功能段的时间B 最快功能段的时间C 最慢功能段的时间D 最后一个功能段的时间 非线性流水线是。A 一次运算中使用流水线中的多功能段B 一次运算中多次使用流水线中的某些多功能段C 流水线中某些功能段在各次运算中的作用不同D 流水线的各

3、功能段在各种运算中有不同的组合Cache地址映象中块冲突率最低的是映象A 全相联B 页相联C 直接相联D 组相联8个结点单级网络PM2-0(j)=(j-20)mod A (7 6 5 4 3 210)B (0 1 2 3 4 5 67)C (7 5 3 1) (6 420)D(0 2 4 6) (1 3 57)8个结点单级网络PM2+0(j)=(j+20)mod A (7 6 5 4 3 210)B (0 1 2 3 4 5 67)C (7 5 3 1) (6 420)D(0 2 4 6) (1 3 57)能实现作业、任务级并行的异构型多处理机属。ASIMDBSISDCMIMDDMISD下列说

4、法正确的。A 一次重叠是一次解释一条指令B 一次重叠是同时解释相邻两条指令C 流水方式是同时只能解释两条指令D 一次重叠是可同时解释多条指令通道程序执结束后引起的中断是。A中断B 程序性中断C 内中断D 机器校验中断打印机适合连接在。A 数组多路通道B 字节多路通道C 选择通道D 任意一种通道disk适合连接。A 数组多路通道或选择通道B 字节多路通道C 数组多路通道或字节多路通道D 任意一种通道通道程序执行结束后引起的中断是。A 访管中断定B中断C 外中断D 程序性中断利用时间重叠概念实现并行处理主是。A 流水处理机动B 多处理机C 相联处理机动D 并行（阵列）机数据表示一部分。A 软件的B

5、 硬件的C 软硬件交界面的D 非软非硬的是促使计算机系统结构发展的最重要的因素A 软件B 硬件C 固件D 器件计算机系统结构研究的范围不包括。A 指令系统的定义B 计算机系统性能的评价C 软硬件界面的定义D 加法器的结构交换互连立方体结)编号PE3个相的编号。AB 100，101，111C101，110，111D 001，101，110交换互连立方体结)编号000的的3个相PE的编号。AB 100，101，111C101，110，111D 001，010，100在CacheCacheCacheMM的策略是 。A 写回法B 写直达(全写)C 按写分配法D 不安写分配法在CacheCacheMMC

6、ache的策略是。A 写回法B 写直达(全写)C 按写分配法D 不安写分配法相关专用通路。A 解除数据相关性B 减少数据相关引起的流水线停顿C 解除控制相关性D 不能缓解流水线的相关性问题开发粗粒度并行主要采。A 硬件手段B 软件手段C 软硬件同时并举D 指令级并行开发细粒度并行主要采。A 硬件手段B 软件手段C 软硬件同时并举D 作业级并行SIMD结主要实现的是。A 作业级并行B 任务级并行C 指令操作级并行D 指令内操作步骤并行MIMD结主要实现的是。A 作业级并行B 任务级并行C 指令操作级并行D 指令内操作步骤并行设计互连网络时应考虑的特征有个。A4B3C2D1归约机按归约模型可分。A

7、 数值归约和串归约B 串归约和图归约C 数值归约和图归约D 指令归约和数值归约模拟是采解决执行方法。A 纯硬件B 以软件为主，硬件为辅C 纯软件D 以硬件为主，软件为辅仿真是采用解决执行方法。A 纯硬件B 以软件为主，硬件为辅C 纯软件D 以硬件为主，软件为辅对Amdahl提出关于计算机系统结构定义中所提到的“程序员”比较一致的看法。A 机器语言程序员或编译程序员B 应用程序员C 高级语言程序员D 任何程序员真实世界计算计划的主要研究内容方面A3B4C1D2在程序执行中个方面因素会引起顺序控制流发生变化。A1B3C4D242 依数据令牌的不同数据流计算机可分两大类。A 数值流和非数值流B 静态

8、和动态C 数值流和图流D 令牌流和非令牌二、填空程序的局部性包的局部性的局部性。CPUChannel 输入输出指令的基本功能主要是， 以。虚拟存储器程序员是透明的，程序员是不透的。通道按信息传送方式可分，类通道。设通道数据传送周期选择一次设备的时间为T ，传送一个字节的时间是T ，则传送n 个字节的选择通道的极限流量是SD。s.max设通道数据传送周期选择一次设备的时间为T ，传送一个字节的时间是T，则有KI/O设备的成组传送极限流量SD =， B.max在“一次重叠”解释时，第 k 条指令需等待第k-1 条指令执行后才能形成，称此时发生相关。在“一次重叠”解释时，第k 条指令的源数据与第k-

9、1 条指令的结果数据的地一样，称此时发生相关。多功能流水线各功能段同时只能按某一种功能联接的称流水线。多功能流水线各功能段同时可以不同的运算或功能联接工作，此流水线称 流水线。消除流水线速度瓶颈的方法两种方法P81解决重叠和流水线中的操作数相关，不外乎种方法P85系列机软件兼容必须做到向兼容，尽可能争取容。提高计算机系统并行性重叠的主要技术途径有时间重叠和 。多处理机可以有同构三种。多处理机两种基本构型。并行性主要是两重含义。多处理机系统在系统结构上可分耦合耦合统。按连接方式分，流水线可分流水线流水线。按功能分类，流水线可分流水线流水线。评价存储器性能的基本要求是大容和低价格。解决重叠和流水中

10、的操作数相，有推后法两种方法。从对执行程序或指令的控制方式上将计算机系统分为由控制驱动和由数据驱动流方式，驱动的归约方式和模式驱动的匹配方式。流水线按工作方式可分流水线流水线。流水线按处理级别可分为操作部件级、级和级三种。根据处理数据令牌的不同，数据流机的基本结构可分两大类。一个指令系统的设计主要是确定它、操作及对操作数访问方式。对实现基本操作来讲，指令系统的不同只是反映不一样。指令系统设计原则是应特别注意如何支、简易地将源程序翻译成 。在指令系统设计时应注。指令系统结构的分类主要是依据在CPU 中以何种存储方式来存放操作数。 按这一特征，可将指令系统结构分型型型三类。计算机应用对系统结构不断

11、提出的最基本要求和 。RISC结构中为了减少过程调用中保存现场和建立新现场，以及返回时恢复现等辅助操作，通常将全部寄存器分成若干组，称。对实现基本操作来讲，指令系统的不同只是反映在和P42一般指令系统两类指令组成P42指令系统结构的分类主要是依在 CPU 中以何种存储方式来存放操作数。 按这一特征可将指令系统结构分为、和型三。P43通用寄存器型指令系统中，按照ALU 指令有多少个个操作数需要到存储器中去存取，可以进一步分为、型三P44阵列机可分为两个基本结构，和P185在数据流计算机中信息项以操作包和“数据令牌”形式出现，其中数据包由 ，和组成P228处理的基本要点是基本知识和地加以利用P24

12、2“数据令牌”组成。P228构成函数程序的主要成份。P235人工智能研究的关键在。P244阵列机通常由一、和一组成。存储器的命中率之比。P128紧耦合系统按所用处理机类型是否相同，常见的组合可分两种基本构型。P201在层次存储结构价格体系中命中判断和数据传输对较高层次而言应实现，对较低层次而言应实现。依据处理数据令牌的不同，数据流机可分两在类。 P232通常流水过程中会出三种相关。 P83数据相关冲突可分三种类型P87I/O控制操作：包P158三、计算指令类型ALULoad/Store(Cache指令类型ALULoad/Store(Cache指令数12000036000CPI 12转移指令24

13、0004访存指令(Cache 不命中时)200008 计算在单处理机上执行该程序的平均CPI。 根据所得的CPI 值，计算相应的MIPS 速率。假定要在一个时钟速率为40MHz 的标量处理机上运行具有200000 4 种类型指令，根据程序实验结果，已知指令混合比和每种指令的CPI 如下所示：指令类型混合比CPIALU60%1Load/Store 指令(Cache 命中时)18%2转移指令12%4访存指令(Cache 不命中时)10%8 计算在单处理机上执行该程序的平均CPI。 根据所得的CPI 值，计算相应的MIPS 速率。某模拟机有 10 条机器指令，使用频度分别为：0.01，0.15，0.

14、12，0.07，0.08， 0.13，0.15，0.03，0.17， 0.09 。写出等长操作码编码的平均码长；构造霍夫曼树；写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平均码长。7 条机器指令，使用频度分别为：0.04，0.04，0.05，0.06，0.15，0.26，0.40。写出等长操作码编码的平均码长；构造霍夫曼树；写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平均码长。有一个具有5 个功能段组成的乘、加双功能的静态流水线1234 54 t（见下图，输出可直接返回输入 或存入缓冲存储器。现计算长度均为8 的 AB 静态双功能流水线图画出完成此运算的流水线的运行时空图；完成全部运算需要多少个t

15、？其效率是多少？ （共10 分，时空图对了给3 分。计算时公式对了而结果错了扣1 分，公式错了全扣）时空图(4 分)(6分，每个答案3分)=3/5tE=(83t+74t)/(25t)=52/125=0.416有一个具有4 （见下图输出可直接返回输入或存入缓冲存储器。现以下述方式计算Z=a+b+c+d+e+f+g+h画出完成此运算的流水线的运行时空图；分析其吞吐率和效率。采用组相联映象的Cache 1KB，要求Cache 1 个主存周期内从主存读取。主存结构是模4 交叉，每个分体宽为32 256KB地址访问访问存储器构成相联目录表实现主存地址到Cache 地址的变换，并约定用 4 路比较电路。请

16、设计此相联目录表，求出该表行数、总位数和比较电路的位数。对于一个有如下特征的虚拟存储系统：40位虚拟地址16KB页面36位物理地址 每个进程的页表的总长度是多少？假定TLB用两路组相联方式的Cach，块长为8 个字4，总容量为16K，写出其地址格式。假设Cache 的工作速度为主存的 5 倍，且Cache 被访问的概率为 90%，则采用Cache后，整个存储系统获得多高的加速成比？胡越明P103某字节多路通道欲连接6 台外设，其数据传输速率见下表。而通道选择设备时间需 9.8s，每个字节传送需 0.2s，问通道能否胜任所有设备同时工作？设通道在数据传送期中，选择设备需4.9 s，传送一个字节数

17、据需0.1 s。250 s 备？若有AE5s若一次通信传送的字节数不少于1024B，问哪些设备可挂在此通道？如果某一计算任务用向量方式求解比用标量方式求解要快20 倍，称可用向量方式求解部分所花时间占总的时间的百分比为可向量化百分比。问为达到加速比为2， 可向量化百分比应是多少？某系统某一功能改进后其速度是原来的10 倍，而该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的 40%，则用此增强功能方法后，整个系统的性能提高多少？设二级虚拟存储器的TV1=10-7s，TV2=10-2s，若要求访问时间TV 达到 1ms，问访问一级存储器的命中率应是多少？设Cache 块为 16 字，对于下列 2 种 MM

18、结构：如果MM4个时钟周期，访存地址和1个字的传输时间各为1时钟个周期，数据传输后还需1间，问这两种MM结构在Cache访问失效时的块访问时间各是多少？Cache1.21.5次，Cache99%MM结构中指令的平均执行时间。164s，CPU36s。为了提高系统性能，有两种方案：使CPU1倍，或者使CPU和I/O1倍。计算这两种情况下的处理时间。设16 个处理器编号分别为0，1，15。采用单级互网互连，当互连函数分别为Cube3PM2-3ShuffleBtterflyExchange时第 11 号处理器各与哪一个处理器相连。设16个处理器编号分别为0，1，15。采用单级互网互连，当互连函数分别为

19、Cube3PM2-3ShuffleBtterflyExchange时第 9 号处理器各与哪一个处理器相连。7 条机器指令，使用频度分别为：0.01，0.01，0.03，0.05，0.15，0.30，0.45。写出等长操作码编码的平均码长；构造霍夫曼树；写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平均码长。某模拟机有 10 条机器指令，使用频度分别为：I ：0.2，I ：0.12，I ：0.11，I ：0.05，1I ：0.08，I ：0.03，I ：0.02，I ：0.18，I234：0.01。5678910写出等长操作码编码的平均码长；构造霍夫曼树；写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平

20、均码长。胡越民书P12321.某模拟机有 10 条机器指令，使用频度分别为：I ：0.2，I ：0.12，I ：0.11，I ：0.05，1I ：0.08，I ：0.03，I ：0.02，I ：0.18，I234：0.01。5678910写出等长操作码编码的平均码长；构造霍夫曼树；写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平均码长。22.假定要在一个时钟速率为40MHz 的标量处理机上执行一个典型测试程序，该程序中含有 4 种类型指令，每种指令的条数和每种指令的CPI 如下所示：指令类型指令数CPIALU450001Load/Store 指令(Cache 命中时)320002转移指令15000

21、2访存指令(Cache 不命中时)80002计算在单处理机上执行该程序的平均CPI。根据所得的CPI 值，计算相应的MIPS 速率。计算总的CPU执行时间TCU23.某模拟机有 9 条机器指令，使用频度分别为：I ：0.3，I ：0.24，I ：0.06，I ：0.07，1234I ：0.07，I ：0.02，I ：0.03，I ：0.2，I ：0.0156789写出等长操作码编码的平均码长；构造霍夫曼树；写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平均码长。24.一台流水计算机A25MHz，平均CPI4。计算机B是A5段的线性指令流水线，时钟频率为20MHz。问：若在A和B两台计算机上执行含有

22、100条指令的程序，则计算机BA比是多少？在执行上述程序时，计算机A 和B MIPS 25.某单功能非线性流水线的预约表如下：1234567S1*S2*S3*S4*写出禁止表F 和冲突向量C。画出该流水线状态图，确定其最佳调度方案和最小平均流水速率。计算按此流水线调度方案执行8 个任务所需的时间。计算按此流水线在执行8个任务时的吞吐率、加速比和利用率。胡越明书P229某单功能非线性流水线的预约表如下：S1 S2 S3 S1 S2 S3 S4S51*23456789*写出禁止表F 和冲突向量C。画出该流水线状态图，确定其最佳调度方案和最小平均流水速率。计算按此流水线调度方案执行8 个任务所需的时

23、间。计算按此流水线在执行8 个任务时的吞吐率、加速比和利用率。假定要在一个时钟速率为40MHz 的标量处理机上运行具有200000 4种类型指令，根据程序实验结果，已知指令混合比和每种指令的CPI如下所示：指令类型混合比CPIALU43%1Load/Store 指令(Cache 命中时)21%2转移指令24%2访存指令(Cache 不命中时)12%2 计算在单处理机上执行该程序的平均CPI。 根据所得的CPI 值，计算相应的MIPS 速率。28 某台计算机只有Load/Store 指令能对MM /,进行操作。根据实验的结果，已知每种指令所占的比例和CPI 如下表所示：指令类型混合比CPIALU

24、43%1Load/Store 指令(Cache 命中时)21%2转移指令24%2访存指令(Cache 不命中时)12%2 计算上述情况的平均CPI。M 的指令两个操作数中的一个已在寄存器中，另一个必须在算术逻辑指令执行前用Load 指令从MM 器中，另一个操作数取自MMCPI 等于 2，同时转移指令的CPI 变为 3。求新指令系统的平均CPI。胡越明P22某计算机字长 32 位，包含两个选择通道和一个多路通道，每个选择通道上连接2台磁带机，多路通道上连接2台行式打印机、两210台终端。假定各设备传输速率如下：磁盘机：800KBps 磁带机：200KBps 行打机：6.6KBps 读卡机：1.2

25、KBps 终端： 1KBps求该计算机系统的最大I/O 数据传输速率。 张春元P170一个字节多路通道连接有5台设备，它们的数据传输率如下表：设备名称设备名称数据传输速率(KB/s)D1100D233.3D333.3D420D510 计算这个字节多路通道的实际工作流量。 为了使通道能够正常上作，请设计通道的最大流量和工作周期一个字节多路通道连接D1D3D55台，这些设备分别每10s30s30s50s75s向通道发出一次数据传送的服务请求。回答下列问题：计算这个字节多路通道的实际流量和工作周期。如果设计字节多路通道的最大流量正好等于实际流量，并假定对数据传输率高 5 0 道发出第一次传送数据的请

26、求，并在以后的时间里按照各自的数据传输率连续 工作。画出通道分时为各台设备服务的时间关系图，并计算这个字节多路通道 处理完各台设备的第一次数据传送请求的时刻。从时间关系图上可以发现什么问题?如何解决这个问题? 解这个字节多路通道的实际流量为f(1/10+1/30+1/30+1/50+1/75)=0.2MB/sbyte通道助工作周期为 t1/ f=5s/B，包括通道选择设备的时间T 和为设备传送 1sT个字节所用的时间 。Td5 台设备向通道请求传送数据和通道为它们服务的时间关系如图所示。字节所用的时间，这两部分时间之和为5s。在图，5 处理完设备D1的第一次请求的时刻为5s。处理完设备D2 的

27、第一次请求的时刻为10s。处理完设备D3 的第一次请求的时刻为20s。处理完设备D4 的第一次请求的时刻为30s。设备D5 的第一次请求没有得到响应，直到第85Ps 通道才开始响应设备2 的服务请求，因此，第次传送的数据有可能要丢失。繁发出服务请求，并且优先得到响应，那么某些低速设备可能在很长的一段时间内得不到响应。个4 段的双输入端规格化浮点加法流水线（见下图，每段经过时问10n，输出可直接返回输入或将结果暂存下相应缓冲器中。问最少需经多少时间能求出10i1a i ： 横坐标每小格代表10n，纵坐标每小格代表1 )4 分）y0 xPTP 和效率E （6 3 分）P答案解： 时空图(4 分)(

28、6分)T =9/17tE =（46+34）/(174)=36/68=52.9%PP(。如果每段经过一次的时间都是t10 个任务，问： 当在流水线的输入端每t 时间输入任务时，该流水线会发生什么情况? 2 分10 个任务的时空图（4 分）P10 个任务的实际吞吐率TP 和效率E （4 2 分）P答案产生流水线的阻塞（产生流水线的停顿或断流或不连续2 分） 时空图(4 分) (6分)T =10/23t期E =产生流水线的阻塞（产生流水线的停顿或断流或不连续2 分） 时空图(4 分)PP假设一台计算机的I/O10，当其CPU10倍时，而I/O?答案解：改进后I/O 的运行时间是原来的1/2，CPU

29、为原来的 1/100。所以SP=1/(0.1/2+0.9/100)=16.944段的流水线处理机上需经7柏才能完成一个任务，其预约表如下表所示。分别写出延迟禁止表F、冲突向量；按此流水调度方案，输入6 按此流水调度方案，输入6 个任务求实际的吞吐率。时间段号t1t2t3t4t5t6t7S1 S2 S3 S4答案解： 禁止表F=2，4，6；初始冲突向量C=（101010）调度方案（调度方案（1，7）（3，5）（5，3）5平均延迟4445最小的平均延迟为4拍。此时流水线的最大吞吐率T=1/4（任/拍）pmax(1，7)周期性助调度的方案接(1，7)调度方案输入 6 个任务、全部完成的时间为 1+7

30、+1+7+1+7=24(拍)实际吞吐率 T =6/24（任务/拍）p若按(3、5)调度方案输入 6 个任务全部完成的时间为 3+5+3+5+3+7=26(拍)T实际吞吐率 =6/26（任务/拍）Tp若按(3、5)调度方案输入 6 个任务全部完成的时间为 5+3+5+3+5+7=28(拍)T实际吞吐率 =6/28（任务/拍）可见最传的方案应当为(1，7)调度方案。TpTm是主存的R/W时间，Cache的工作速度为主存的5倍，且Cache90，则 求平均访问时间。 采用Cache 后，与单独使用主存比性能提高多少? (4 分)答案 Cache 的工作速度为主存的5 倍。则Cache 访问时间 T

31、= T /5。T 0.10T +0.90T /5=0.28 Cm(4 分)ammm 性能为原来的 1/0.283.57 倍，即提高了 2.57 倍。(4 分)或用阿姆达尔定律求解：S p 11 0.90.95 3.57下图给出了一个非线性流水线。若有4 4 t 际吞吐率和效率。2 t 分）（共10分，时空图对了给3 分。计算时公式对了而结果错了扣1 分，公式错了全扣）时空图：p 吞吐率T =4/(22 t)效率=(38 t+42 t)/(422 t)=40/88=5/11p将号功能段时时间减少为 （或号功能段的总通过时时间为2 t，方能满足要求。38. 9 ：0.3，I ：0.24，I ：0.06，I ：0.07，I ：0.07，I ：0.02，I ：0.03，I ：0.2，I ：0.01（10分）写出等长操作码编码的平均码长；构造霍夫曼树；12346789写出只有两种码长的最短的霍夫曼扩展编码及其平均码长。答案解：（共101 分；公式错了全扣）等长操作码平均码长为4 位。霍夫曼树所以霍夫曼编码：I ：10，I ：00，I ：1110，I ：1101，I ：1100，I ：111110，I ：11110，I ：01，I ：111111123456789平均码长：2（0.30+0.24+0.2）+4（0.06+0.07+0.07）+50.03+6（